半导体聚合物纳米颗粒的细胞和动物活体生物学效应研究

Semiconducting polymer nanoparticles (SPNs) are made of fluorescent conjugated polymers, Due to the superior optical properties, high chemo-stability and photo-stability, SPNs are widely used in biomedical fields, such as bioimaging, biosensing, photodynamic therapy and photothermal therapy, which attract broad interests in the world as a novel biomaterial. However, the limited knowledge about the biological effect and nanosafety of the SPNs impede the further biomedical applications and clinical translation. Thus, this proposal will systemically investigate the biological effect and nanosafety of SPNs with different physicochemical properties. In the levels of cell and animal, the interaction of SPNs with these bio-systems will be studied. Taking advantages of the superior optical properties of SPNs and the developed methods to dope lanthanide ions in SPNs in our group, the in vitro and in vivo toxicity, biodistribution, and metabolic activity will be evaluated by fluorescence imaging, magnetic resonance imaging (MRI) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The outcomes of the project will provide the theoretic and practical basis for developing SPNs-based biomedical nanodevice for biomedical applications and clinical translation.

半导体聚合物纳米颗粒（SPNs）是一类由荧光共轭聚合物构成的纳米颗粒。因其优越的发光特性，较高的化学稳定性和光稳定性，被广泛地应用于生物成像、生物传感、光动力治疗和光热治疗等生物医学领域，是当前颇受关注的新型生物纳米材料。然而，相对匮乏的有关SPNs的生物效应和生物安全性的知识严重阻碍着其在进一步的生物医学中的应用和临床转化。本项目拟围绕SPNs的生物效应这个中心问题，系统地考察研究具有不同理化性质的SPNs的生物效应与安全性，在细胞水平和动物水平两个层次上揭示SPNs与生物体的相互作用。通过本课题组发展的对镧系离子的装载方法，利用灵敏的光学成像、核磁共振成像以及ICP-MS着重考察SPNs的细胞毒性、活体毒性、生物体内分布、以及活体代谢等基本问题，为这类纳米材料的生物效应以及安全性评估提供重要数据，并为基于SPNs的生物医学纳米器件的发展提供理论参考和实践依据。

聚合物量子点（Pdots）是一类由共轭聚合物构成的半导体聚合物纳米颗粒（SPNs）。因其优异的光学性能和理化性质，被广泛的应用于生物成像和肿瘤治疗等生物医学领域。本项目考察了不同表面修饰对Pdots的生物相容性和成像能力的影响，并以此为基础设计并合成了多功能纳米颗粒用于肿瘤的成像与治疗中。（a）设计并合成了具有不同表面修饰的Pdots，并在细胞和活体水平对其生物相容性和荧光性质进行了检测，为临床转化应用提供了理论依据。（b）在上面研究的基础上，对其中一种表面修饰Pdots进行进一步的修饰，设计并合成了一种能够用于成像引导下光热，光动力和化动力联合治疗的Pdots，在细胞和活体层面发挥了很好的治疗效果，具有很强的临床应用价值。（c）开发了一种复合的纳米颗粒，具有很高的光热转换效率，能够在近红外光的照射下进行光热治疗（International Journal of Nanomedicine 2020,15: 8451–8463）。目前，该项目已取得一系列研究进展，初步完成了项目基本工作目标，并在项目资助下成功建立了纳米医学实验室。